[发明专利]一种带有自支撑结构的单悬臂梁架的设计方法

说明书

本发明公开了一种带有自支撑结构的单悬臂梁架的设计方法，具体包括如下步骤：步骤1，设定支座的设计参数：步骤2，根据步骤1设定的参数设计支座的结构；步骤3，设定悬臂梁的设计参数：步骤4，根据步骤3设定的悬臂梁参数在支座的顶部一侧设计悬臂梁结构；步骤5，在悬臂梁和支座之间设计自支撑结构，即得到带有自支撑结构的单悬臂梁架，所述自支撑结构的形状为圆弧或者椭圆弧。采用本方法设计出的单悬臂梁架在打印完成后无需去除自支撑结构，节省了原料，也降低了打印成本。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种带有自支撑结构的单悬臂梁架的设计方法。

背景技术

熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。这种加工方式使得当上层截面大于下层截面时,上层截面多出的部分由于无材料的支撑将会出现悬浮(或悬空),从而使多出的截面部分发生塌陷或变形,影响零件原型的成型精度,甚至使零件不能成型。

常用于解决解决打印过程中出现塌方变形的方法是添加支撑结构，而支撑结构可分为两种：一种是加于工作台之上、保证预成型的零件原型处于水平位置的基底支撑，另一种是为原型提供支撑和定位的辅助结构、保证足够的强度和稳定性的对原型的支撑。

目前，在进行打印时，既可以采用软件自动为单悬臂梁架添加支撑结构，自动添加的支撑结构从所在打印平台开始，直至平台单悬臂梁架结构底部，耗材严重，且大大增加了打印时间，还可以使用软件人为添加各种形状支撑：单臂板或双壁板等支撑。但由于这两种方式所添加的支撑在产品完成打印后需要将其与本体分开，而具有足够强度和稳定性的支撑与原型粘结过牢靠，不易去除且易降低原型的表面质量。

为了节约原料，降低打印成本，免除打印完成后去除支撑结构的工艺过程，避免去除支撑过程中对成型表面破坏，获得更加良好的表面质量，需要采用无需去除的自支撑结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有自支撑结构的单悬臂梁架的设计方法，采用本方法设计出的单悬臂梁架在打印完成后无需去除自支撑结构，节省了原料，也降低了打印成本。

本发明所采用的技术方案是，一种带有自支撑结构的单悬臂梁架的设计方法，具体包括如下步骤：

步骤1，设定支座的设计参数：

支座的设计参数具体为：长度a₂、宽度b₂、高度c₂；

步骤2，根据步骤1设定的参数设计支座的结构；

步骤3，设定悬臂梁的设计参数：

悬臂梁的设计参数具体为：长度a₁、宽度b₁、垂直截面高度差c₁以及悬臂梁与支座之间的夹角θ，θ的范围为[90°，180°)；

步骤4，根据步骤3设定的悬臂梁参数在支座的顶部一侧设计悬臂梁结构；

步骤5，在悬臂梁和支座之间设计自支撑结构，即得到带有自支撑结构的单悬臂梁架，所述自支撑结构的形状为圆弧或者椭圆弧。

本发明的特点还在于，

其中步骤5的具体过程如下：

步骤5.1，根据悬臂梁与支座之间的夹角θ的不同取值范围选取θ的加权系数k₁，具体过程如下：

当θ＝90°时，加权系数k₁等于2；

当90＜θ＜150时，加权系数k₁等于3；